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Un misterioso segnale a raggi X esalta gli studiosi della materia oscura

Forse potremo finalmente osservare la materia che si nega per definizione.
The Perseus cluster. Image: Chandra: NASA/CXC/SAO/E.Bulbul, et al.; XMM: ESA

La materia oscura è uno dei più grandi misteri dell'universo. Si pensa che costituisca circa l'85 percento di tutta la materia, ma dato che non emette né assorbe luce come la materia normale, non è osservabile né misurabile. Ma ora gli astronomi potrebbero (e sottolineo potrebbero) aver trovato tracce di questa indecifrabile materia in un misterioso segnale a raggi X  che è stato rilevato studiando gli agglomerati di galassie. La NASA riporta che il segnale potrebbe derivare dalla decomposizione di una certa particella che, per gli astronomi, è un plausibile candidato per la materia oscura.

Questa scoperta potenzialmente incredibile è stata fatta nel corso di una dettagliata indagine sull'agglomerato chiamato Perseus, effettuata dal Chandra X-ray Observatory della NASA in collaborazione con l'XMM-Newton Observatory dell'Agenzia Spaziale Europea. Entrambi hanno rilevato un insospettabile aumento di intensità sulla stessa lunghezza d'onda della luce a raggi X. Ma è risultato che il picco di luce non è proprio soltanto dell'agglomerato Perseus: XMM-Newton ha rilevato la stessa curva di emissione in uno studio combinato su 73 altri agglomerati.

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Una possibilità è che l'emissione sia causata dalla decomposizione di neutrini sterili.

I neutrini sterili sono un ipotetico tipo di neutrini che non interagiscono con la forza nucleare debole; si presume che interagiscano con la materia “normale” solo in presenza di gravità. E se inizialmente i modelli scoperti di neutrini sterili non corrispondevano alle previsioni basate sull'osservazione, uno studio pubblicato quest'anno è arrivato a una conclusione differente.

Kevork Abazajian dell'University of California ad Irvine, l'autore principale dello studio, ipotizza che un neutrino sterile con la massa di sette kilo-elettronvolt potrebbe essere un candidato per la materia oscura.

Nei modelli scientifici questo ipotetico neutrino poteva spiegare gli ultimi dati della curva a raggi X scoperta, e rispondere ad alcune delle domande irrisolte sulla struttura e la formazione delle galassie.

“Sappiamo che è improbabile che questo spieghi la materia oscura, ma se avessimo ragione sarebbe un risultato incredibile,” ha affermato Esra Bulbul dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge. “Quindi continueremo a testare questa ipotesi e vedremo a cosa ci porterà.”

“Abbiamo molto lavoro da fare prima di poter affermare con sicurezza di aver scoperto i neutrini sterili,” ha aggiunto Maxim Markevitch del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. “Ma anche solo il pensiero di averli trovati ci ha entusiasmati.”

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Ci sono alcuni motivi per cui gli astronomi sono cauti nell'esaltarsi troppo per aver potenzialmente scovato delle tracce della materia oscura. Ad esempio, la curva di emissioni osservate da Chandrea e da XMM-Newton è nella zona al limite della sensibilità di entrambi gli osservatori, il che significa che potrebbe non essere una curva reale. Se la curva risulterà reale, e anche se lo fosse, potrebbero comunque esserci altre spiegazioni.

È improbabile, ma la materia normale potrebbe produrre il segnale osservato, e, anche se fosse, si scontrerebbe con ciò che sappiamo delle caratteristiche fisiche degli agglomerati e la fisica degli atomi nei gas caldi. E anche se si scoprisse che la curva è reale e originata da neutrini sterili, c'è tuttavia la possibilità che queste ipotetiche particelle non siano il materiale che costituisce la materia oscura.

Tutto ciò per dire che c'è ancora molto lavoro da fare. “Il nostro prossimo passo è combinare le informazioni ottenute da Chandra e dalla missione Suzaku della JAXA su un grande numero di agglomerati per vedere se troviamo lo stesso segnale a raggi X,” ha affermato Adam Foster, anche lui dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “Ci sono molte idee in circolo su quello che queste informazioni potrebbero significare. Potremmo non saperlo ancora per molto, almeno finché non verrà inaugurato il nuovo telescopio Astro-H, dotato di un nuovo tipo di rivelatore a raggi X che sarà in grado di misurare la curva di emissioni molta con più precisione rispetto ad ora.”

Anche se non è affatto confermato, la comunità di astrofisici è entusiasta della scoperta di questo possibile segnale della materia oscura. Lo studio del team di Bulbul è già stato citato più di 50 volte, e un altro studio di un team capeggiato da Alexey Boyarsky dell'Università di Leida, in Olanda, afferma di aver trovato la stessa curva nelle osservazioni della galassia M31 effettuata dall'osservatorio XMM-Newton, il che è una prova convincente sul fatto che la curva osservata sia reale.

Un altro po' di tempo e l'indagine su questa emissione a raggi X potrebbe portare a grandi passi in avanti nella spiegazione di uno dei più grandi misteri dell'universo.